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1. 晾衣架由定滑轮和动滑轮组成，如图所示。若晾衣架上所挂衣物重力为40N，晾衣架横梁(含衣架和动滑轮)的总重是10N，某同学通过摇手柄使衣服以0.1m/s的速度向上匀速运动4s，不计绳重及摩擦，则该同学通过摇手柄作用在钢丝绳自由端的拉力做功J，升降晾衣架的机械效率为。
答案
20
80%
80%
解析
【分析】
首先确定滑轮组中承担总重的绳子段数$n$，由图可知$n=5$。先根据速度公式计算衣物上升的高度，再求出绳子自由端移动的距离；接着利用不计绳重及摩擦时的拉力公式计算拉力大小，进而求出拉力做的总功；然后计算对衣物做的有用功，最后根据机械效率公式求出机械效率。
【解析】
1. 计算衣物上升的高度：
已知衣服上升速度$v=0.1m/s$，运动时间$t=4s$，根据$h = vt$，可得：
$h = 0.1m/s × 4s = 0.4m$
2. 计算绳子自由端移动的距离：
由图可知，承担总重的绳子段数$n=5$，则绳子自由端移动的距离：
$s = nh = 5 × 0.4m = 2m$
3. 计算绳子自由端的拉力：
不计绳重及摩擦，拉力$F = \frac{G_{物} + G_{架}}{n}$，其中$G_{物}=40N$，$G_{架}=10N$，代入得：
$F = \frac{40N + 10N}{5} = 10N$
4. 计算拉力做的总功：
根据$W_{总}=Fs$，代入数据得：
$W_{总}=10N × 2m = 20J$
5. 计算有用功与机械效率：
有用功为克服衣物重力做的功，即$W_{有}=G_{物}h = 40N × 0.4m = 16J$
机械效率$\eta = \frac{W_{有}}{W_{总}} × 100\% = \frac{16J}{20J} × 100\% = 80\%$
【答案】
20；80%
【知识点】
滑轮组的功计算；机械效率计算
【点评】
本题考查滑轮组的总功、机械效率的计算，关键是准确确定承担总重的绳子段数，明确有用功和总功的计算对象，熟练应用相关公式进行求解。
【难度系数】
0.6
首先确定滑轮组中承担总重的绳子段数$n$，由图可知$n=5$。先根据速度公式计算衣物上升的高度，再求出绳子自由端移动的距离；接着利用不计绳重及摩擦时的拉力公式计算拉力大小，进而求出拉力做的总功；然后计算对衣物做的有用功，最后根据机械效率公式求出机械效率。
【解析】
1. 计算衣物上升的高度：
已知衣服上升速度$v=0.1m/s$，运动时间$t=4s$，根据$h = vt$，可得：
$h = 0.1m/s × 4s = 0.4m$
2. 计算绳子自由端移动的距离：
由图可知，承担总重的绳子段数$n=5$，则绳子自由端移动的距离：
$s = nh = 5 × 0.4m = 2m$
3. 计算绳子自由端的拉力：
不计绳重及摩擦，拉力$F = \frac{G_{物} + G_{架}}{n}$，其中$G_{物}=40N$，$G_{架}=10N$，代入得：
$F = \frac{40N + 10N}{5} = 10N$
4. 计算拉力做的总功：
根据$W_{总}=Fs$，代入数据得：
$W_{总}=10N × 2m = 20J$
5. 计算有用功与机械效率：
有用功为克服衣物重力做的功，即$W_{有}=G_{物}h = 40N × 0.4m = 16J$
机械效率$\eta = \frac{W_{有}}{W_{总}} × 100\% = \frac{16J}{20J} × 100\% = 80\%$
【答案】
20；80%
【知识点】
滑轮组的功计算；机械效率计算
【点评】
本题考查滑轮组的总功、机械效率的计算，关键是准确确定承担总重的绳子段数，明确有用功和总功的计算对象，熟练应用相关公式进行求解。
【难度系数】
0.6
2. 如图所示，两个工人分别用滑轮按甲、乙两种方式把质量相同的货物从地面提到二楼，不计绳重和摩擦，且$G_{货物}＞G_{滑轮}$。使用甲图中的滑轮的目的是，使用乙图中滑轮的好处是可以，机械效率更高的是(选填“甲”或“乙”)。
答案
改变力的方向
省力
甲
省力
甲
解析
【分析】
首先判断滑轮类型：甲图是定滑轮，乙图是动滑轮。
1. 定滑轮实质是等臂杠杆，使用时不省力也不费力，但能改变力的方向，这是甲滑轮的作用；
2. 动滑轮实质是动力臂为阻力臂2倍的杠杆，使用时可以省力，这是乙滑轮的好处；
3. 机械效率方面，不计绳重和摩擦，甲的额外功为0（定滑轮不随货物上升，无需对滑轮做功），乙需要克服动滑轮重力做额外功，总功等于有用功加额外功，因此甲的有用功占总功的比例更高，机械效率更高。
【解析】
1. 甲图中的滑轮是定滑轮，定滑轮是等臂杠杆，使用它的目的是改变力的方向，可将向上提的力变为向下拉，便于操作；
2. 乙图中的滑轮是动滑轮，动滑轮的动力臂是阻力臂的2倍，不计绳重和摩擦时，拉力$F=\frac{G_{货物}+G_{滑轮}}{2}$，因$G_{货物}＞G_{滑轮}$，所以$F＜G_{货物}$，使用它的好处是可以省力；
3. 机械效率$\eta=\frac{W_{有用}}{W_{总}}$，不计绳重和摩擦：
甲的总功$W_{总甲}=W_{有用甲}=G_{货物}h$，额外功为0，$\eta_{甲}=100\%$；
乙的总功$W_{总乙}=W_{有用乙}+W_{额外乙}=G_{货物}h+G_{滑轮}h$，$\eta_{乙}=\frac{G_{货物}h}{G_{货物}h+G_{滑轮}h}＜1$，因此机械效率更高的是甲。
【答案】
改变力的方向；省力；甲
【知识点】
定滑轮的特点、动滑轮的特点、机械效率比较
【点评】
本题考查定滑轮和动滑轮的基本特性及机械效率的判断，需准确区分两种滑轮的实质和额外功的来源，理解机械效率与额外功的关系，是滑轮知识的基础应用题型。
【难度系数】
0.7
首先判断滑轮类型：甲图是定滑轮，乙图是动滑轮。
1. 定滑轮实质是等臂杠杆，使用时不省力也不费力，但能改变力的方向，这是甲滑轮的作用；
2. 动滑轮实质是动力臂为阻力臂2倍的杠杆，使用时可以省力，这是乙滑轮的好处；
3. 机械效率方面，不计绳重和摩擦，甲的额外功为0（定滑轮不随货物上升，无需对滑轮做功），乙需要克服动滑轮重力做额外功，总功等于有用功加额外功，因此甲的有用功占总功的比例更高，机械效率更高。
【解析】
1. 甲图中的滑轮是定滑轮，定滑轮是等臂杠杆，使用它的目的是改变力的方向，可将向上提的力变为向下拉，便于操作；
2. 乙图中的滑轮是动滑轮，动滑轮的动力臂是阻力臂的2倍，不计绳重和摩擦时，拉力$F=\frac{G_{货物}+G_{滑轮}}{2}$，因$G_{货物}＞G_{滑轮}$，所以$F＜G_{货物}$，使用它的好处是可以省力；
3. 机械效率$\eta=\frac{W_{有用}}{W_{总}}$，不计绳重和摩擦：
甲的总功$W_{总甲}=W_{有用甲}=G_{货物}h$，额外功为0，$\eta_{甲}=100\%$；
乙的总功$W_{总乙}=W_{有用乙}+W_{额外乙}=G_{货物}h+G_{滑轮}h$，$\eta_{乙}=\frac{G_{货物}h}{G_{货物}h+G_{滑轮}h}＜1$，因此机械效率更高的是甲。
【答案】
改变力的方向；省力；甲
【知识点】
定滑轮的特点、动滑轮的特点、机械效率比较
【点评】
本题考查定滑轮和动滑轮的基本特性及机械效率的判断，需准确区分两种滑轮的实质和额外功的来源，理解机械效率与额外功的关系，是滑轮知识的基础应用题型。
【难度系数】
0.7
3. (无锡中考)如图所示，用滑轮组匀速提升重为200N的物体，拉力$F$为125N，物体升高的高度为4m，不计绳重和摩擦，则在此过程中，下列说法正确的是()
A. 总功为800J
B. 动滑轮重为5N
C. 绳端移动的距离为4m
D. 滑轮组的机械效率为80%
A. 总功为800J
B. 动滑轮重为5N
C. 绳端移动的距离为4m
D. 滑轮组的机械效率为80%
答案
D
解析
【分析】
首先观察滑轮组的结构，确定承担物重的绳子段数$ n=2 $。接下来结合滑轮组的相关公式，逐一分析各选项：
1. 绳端移动距离可根据$ s=nh $计算，代入数据后判断选项C；
2. 总功是拉力做的功，根据$ W_{总}=Fs $计算，判断选项A；
3. 不计绳重和摩擦时，利用$ F=\frac{G_{物}+G_{动}}{n} $变形可求动滑轮重，判断选项B；
4. 有用功为克服物体重力做的功$ W_{有}=G_{物}h $，机械效率$ \eta=\frac{W_{有}}{W_{总}} × 100\% $，计算后判断选项D。
【解析】
由图可知，承担物重的绳子段数$ n=2 $：
选项C：绳端移动的距离$ s=nh=2×4m=8m $，故C错误；
选项A：总功$ W_{总}=Fs=125N×8m=1000J $，故A错误；
选项B：不计绳重和摩擦，根据$ F=\frac{G_{物}+G_{动}}{n} $，可得动滑轮重$ G_{动}=nF-G_{物}=2×125N-200N=50N $，故B错误；
选项D：有用功$ W_{有}=G_{物}h=200N×4m=800J $，滑轮组的机械效率$ \eta=\frac{W_{有}}{W_{总}} × 100\%=\frac{800J}{1000J}×100\%=80\% $，故D正确。
【答案】
D
【知识点】
滑轮组的机械效率；滑轮组的功的计算；动滑轮重力计算
【点评】
本题考查滑轮组的综合计算，需熟练掌握滑轮组中绳端移动距离、总功、有用功、机械效率及动滑轮重力的计算公式，关键是准确确定承担物重的绳子段数，属于中考常见基础题型。
【难度系数】
0.7
首先观察滑轮组的结构，确定承担物重的绳子段数$ n=2 $。接下来结合滑轮组的相关公式，逐一分析各选项：
1. 绳端移动距离可根据$ s=nh $计算，代入数据后判断选项C；
2. 总功是拉力做的功，根据$ W_{总}=Fs $计算，判断选项A；
3. 不计绳重和摩擦时，利用$ F=\frac{G_{物}+G_{动}}{n} $变形可求动滑轮重，判断选项B；
4. 有用功为克服物体重力做的功$ W_{有}=G_{物}h $，机械效率$ \eta=\frac{W_{有}}{W_{总}} × 100\% $，计算后判断选项D。
【解析】
由图可知，承担物重的绳子段数$ n=2 $：
选项C：绳端移动的距离$ s=nh=2×4m=8m $，故C错误；
选项A：总功$ W_{总}=Fs=125N×8m=1000J $，故A错误；
选项B：不计绳重和摩擦，根据$ F=\frac{G_{物}+G_{动}}{n} $，可得动滑轮重$ G_{动}=nF-G_{物}=2×125N-200N=50N $，故B错误；
选项D：有用功$ W_{有}=G_{物}h=200N×4m=800J $，滑轮组的机械效率$ \eta=\frac{W_{有}}{W_{总}} × 100\%=\frac{800J}{1000J}×100\%=80\% $，故D正确。
【答案】
D
【知识点】
滑轮组的机械效率；滑轮组的功的计算；动滑轮重力计算
【点评】
本题考查滑轮组的综合计算，需熟练掌握滑轮组中绳端移动距离、总功、有用功、机械效率及动滑轮重力的计算公式，关键是准确确定承担物重的绳子段数，属于中考常见基础题型。
【难度系数】
0.7
4. 用某滑轮组提升重物时，绳子自由端拉力做功随时间变化的关系如图所示，在20s内绳子自由端竖直匀速移动16m，重物竖直匀速上升4m。已知动滑轮总重100N，提升的物体重800N。关于该过程，下列说法正确的是()
A. 绳子自由端拉力的功率为100W
B. 额外功为400J
C. 绳子自由端拉力的大小为250N
D. 滑轮组的机械效率约为88.9%
A. 绳子自由端拉力的功率为100W
B. 额外功为400J
C. 绳子自由端拉力的大小为250N
D. 滑轮组的机械效率约为88.9%
答案
C
解析
【分析】
要解决这道题，需结合图像信息和滑轮组的相关公式，逐一分析每个选项：
1. 从图像获取20s内拉力做的总功为$4×10^3J$；
2. 对各选项，分别利用功率公式$P=\frac{W}{t}$、功的公式$W=Fs$、有用功公式$W_{有}=Gh$、机械效率公式$\eta=\frac{W_{有}}{W_{总}}$，结合滑轮组的特点（绳子段数$n=\frac{s}{h}$）进行计算判断；
3. 注意额外功包括克服动滑轮重、绳重和摩擦的功，不能仅考虑动滑轮重的影响。
【解析】
逐一分析各选项：
选项A：由图像可知，20s内拉力做功$W_{总}=4×10^3J=4000J$，根据功率公式$P=\frac{W_{总}}{t}$，可得拉力的功率：
$P=\frac{4000J}{20s}=200W≠100W$，故A错误。
选项B：有用功$W_{有}=Gh=800N×4m=3200J$，额外功$W_{额}=W_{总}-W_{有}=4000J-3200J=800J$；仅克服动滑轮重的额外功为$W_{额}'=G_{动}h=100N×4m=400J$，但实际额外功还包括克服绳重、摩擦的功，总额外功为800J，故B错误。
选项C：根据$W_{总}=Fs$，可得绳子自由端拉力：
$F=\frac{W_{总}}{s}=\frac{4000J}{16m}=250N$，故C正确。
选项D：滑轮组的机械效率：
$\eta=\frac{W_{有}}{W_{总}}×100\%=\frac{3200J}{4000J}×100\%=80\%≠88.9\%$，故D错误。
【答案】
C
【知识点】
滑轮组的机械效率；功率的计算；功的计算
【点评】
本题是滑轮组的综合计算题，需结合图像信息和滑轮组的核心公式分析，注意额外功的组成，避免仅以动滑轮重计算额外功而出现错误，需严谨分析每个选项的计算依据。
【难度系数】
0.6
要解决这道题，需结合图像信息和滑轮组的相关公式，逐一分析每个选项：
1. 从图像获取20s内拉力做的总功为$4×10^3J$；
2. 对各选项，分别利用功率公式$P=\frac{W}{t}$、功的公式$W=Fs$、有用功公式$W_{有}=Gh$、机械效率公式$\eta=\frac{W_{有}}{W_{总}}$，结合滑轮组的特点（绳子段数$n=\frac{s}{h}$）进行计算判断；
3. 注意额外功包括克服动滑轮重、绳重和摩擦的功，不能仅考虑动滑轮重的影响。
【解析】
逐一分析各选项：
选项A：由图像可知，20s内拉力做功$W_{总}=4×10^3J=4000J$，根据功率公式$P=\frac{W_{总}}{t}$，可得拉力的功率：
$P=\frac{4000J}{20s}=200W≠100W$，故A错误。
选项B：有用功$W_{有}=Gh=800N×4m=3200J$，额外功$W_{额}=W_{总}-W_{有}=4000J-3200J=800J$；仅克服动滑轮重的额外功为$W_{额}'=G_{动}h=100N×4m=400J$，但实际额外功还包括克服绳重、摩擦的功，总额外功为800J，故B错误。
选项C：根据$W_{总}=Fs$，可得绳子自由端拉力：
$F=\frac{W_{总}}{s}=\frac{4000J}{16m}=250N$，故C正确。
选项D：滑轮组的机械效率：
$\eta=\frac{W_{有}}{W_{总}}×100\%=\frac{3200J}{4000J}×100\%=80\%≠88.9\%$，故D错误。
【答案】
C
【知识点】
滑轮组的机械效率；功率的计算；功的计算
【点评】
本题是滑轮组的综合计算题，需结合图像信息和滑轮组的核心公式分析，注意额外功的组成，避免仅以动滑轮重计算额外功而出现错误，需严谨分析每个选项的计算依据。
【难度系数】
0.6
5. 某兴趣小组计划进行探究影响滑轮组机械效率的因素的实践活动，提出如下猜想：
猜想一，滑轮组机械效率可能与被提升物体的重力大小有关。
猜想二，滑轮组机械效率可能与物体被提升的高度有关。
现有实验器材：支架、细绳、轻质滑轮2个、弹簧测力计（测量范围合适）、规格为2N的钩码多个。实验装置如图所示。请你协助兴趣小组完成实验。
(1)除上述实验器材，完成该实验还需要的测量工具是。
(2)实验数据记录如下表。
①根据表格中的数据，第二次实验中滑轮组的机械效率为。
②分析实验数据可得出结论：同一滑轮组，物体提升相同的高度，，机械效率越高。
③要验证猜想二，你的关键操作是。
猜想一，滑轮组机械效率可能与被提升物体的重力大小有关。
猜想二，滑轮组机械效率可能与物体被提升的高度有关。
现有实验器材：支架、细绳、轻质滑轮2个、弹簧测力计（测量范围合适）、规格为2N的钩码多个。实验装置如图所示。请你协助兴趣小组完成实验。
(1)除上述实验器材，完成该实验还需要的测量工具是。
(2)实验数据记录如下表。
①根据表格中的数据，第二次实验中滑轮组的机械效率为。
②分析实验数据可得出结论：同一滑轮组，物体提升相同的高度，，机械效率越高。
③要验证猜想二，你的关键操作是。
答案
刻度尺
78.4%
物体的重力越大
控制物体
的重力和动滑轮的个数不变，改变物体上升的高度
78.4%
物体的重力越大
控制物体
的重力和动滑轮的个数不变，改变物体上升的高度
解析
【分析】
1. 第(1)问：滑轮组机械效率的计算公式为$\eta=\frac{W_{有}}{W_{总}}=\frac{Gh}{Fs}$，其中需要测量物体上升的高度$h$和绳子自由端移动的距离$s$，现有器材缺少测量长度的工具，因此需要刻度尺。
2. 第(2)①：根据机械效率公式$\eta=\frac{Gh}{Fs}×100\%$，代入第二次实验的相关数据即可计算出机械效率。
3. 第(2)②：分析表格实验数据，当物体提升高度相同时，被提升物体的重力越大，机械效率数值越高，由此可归纳得出结论。
4. 第(2)③：验证猜想二需采用控制变量法，控制物体重力和动滑轮个数不变，改变物体被提升的高度，多次测量机械效率并比较。
【解析】
(1) 计算滑轮组机械效率时，需要测量物体上升的高度和绳子自由端移动的距离，因此还需要的测量工具是刻度尺。
(2) ① 根据机械效率公式$\eta=\frac{W_{有}}{W_{总}}×100\%=\frac{Gh}{Fs}×100\%$，代入第二次实验数据计算可得，滑轮组的机械效率为78.4%。
② 分析表格数据可知：同一滑轮组，物体提升相同的高度，物体的重力越大，机械效率越高。
③ 要验证猜想二（滑轮组机械效率与物体被提升的高度有关），关键操作是控制物体的重力和动滑轮的个数不变，改变物体上升的高度，分别测量每次的机械效率并比较。
【答案】
(1) 刻度尺
(2) ① 78.4%
② 物体的重力越大
③ 控制物体的重力和动滑轮的个数不变，改变物体上升的高度
【知识点】
滑轮组机械效率、控制变量法、机械效率计算
【点评】
本题围绕探究滑轮组机械效率的影响因素展开，考查了实验器材的选择、机械效率的计算以及控制变量法的应用，需紧扣实验原理和控制变量法的要求分析实验过程与结论。
【难度系数】
0.6
1. 第(1)问：滑轮组机械效率的计算公式为$\eta=\frac{W_{有}}{W_{总}}=\frac{Gh}{Fs}$，其中需要测量物体上升的高度$h$和绳子自由端移动的距离$s$，现有器材缺少测量长度的工具，因此需要刻度尺。
2. 第(2)①：根据机械效率公式$\eta=\frac{Gh}{Fs}×100\%$，代入第二次实验的相关数据即可计算出机械效率。
3. 第(2)②：分析表格实验数据，当物体提升高度相同时，被提升物体的重力越大，机械效率数值越高，由此可归纳得出结论。
4. 第(2)③：验证猜想二需采用控制变量法，控制物体重力和动滑轮个数不变，改变物体被提升的高度，多次测量机械效率并比较。
【解析】
(1) 计算滑轮组机械效率时，需要测量物体上升的高度和绳子自由端移动的距离，因此还需要的测量工具是刻度尺。
(2) ① 根据机械效率公式$\eta=\frac{W_{有}}{W_{总}}×100\%=\frac{Gh}{Fs}×100\%$，代入第二次实验数据计算可得，滑轮组的机械效率为78.4%。
② 分析表格数据可知：同一滑轮组，物体提升相同的高度，物体的重力越大，机械效率越高。
③ 要验证猜想二（滑轮组机械效率与物体被提升的高度有关），关键操作是控制物体的重力和动滑轮的个数不变，改变物体上升的高度，分别测量每次的机械效率并比较。
【答案】
(1) 刻度尺
(2) ① 78.4%
② 物体的重力越大
③ 控制物体的重力和动滑轮的个数不变，改变物体上升的高度
【知识点】
滑轮组机械效率、控制变量法、机械效率计算
【点评】
本题围绕探究滑轮组机械效率的影响因素展开，考查了实验器材的选择、机械效率的计算以及控制变量法的应用，需紧扣实验原理和控制变量法的要求分析实验过程与结论。
【难度系数】
0.6
